Wasserkraftwerke schaffen riesige hydrostatische potenzielle Energiespeicher, bewegen große Wassermengen durch Turbinen und drehen Generatoren, die Strom erzeugen. Der größte Staudamm der Welt – der Drei-Schluchten-Staudamm im chinesischen Jangtsekiang – kann bis zu 22.500 MW Strom erzeugen. Das bedeutet, dass der Damm genug Strom produzieren kann, um über 18 Millionen Haushalte mit Strom zu versorgen.
Wie erzeugen Staudämme Strom?
Wie funktionieren diese riesigen Staudämme? Lassen Sie uns die grundlegenden Komponenten eines Wasserkraftwerks und den Prozess der Erzeugung nachhaltiger, produktiver Energie erkunden.
Ein tosender Fluss setzt potenzielle Energie in Form von kinetischer Energie und Schall frei – die Schwerkraft bewirkt, dass Wasser auf einem bestimmten Weg fließt. Dämme stoppen diese Freisetzung kinetischer Energie und speichern die potenzielle Energie eines Flusses effektiv in einem seeähnlichen Reservoir. Wasserkraftdämme funktionieren, indem sie das Wasser und die potenzielle Energie eines Flusses „reservieren“. Der hydraulische Druck, der durch die Wassertiefe und die Geschwindigkeit des Wassers auf seinem Weg durch die Druckrohrleitung des Staudamms entsteht, ermöglicht das Drehen der Turbine im Wasserkraftwerk.
Durch die Rotationsbewegung der Turbine wird elektrische Energie erzeugt. Turbinen sind entweder direkt oder über ein Getriebe oder Getriebe, das die Welle und den Anker des Generators dreht, mit elektrischen Generatoren gekoppelt. Die Kommutator- und Bürstenbaugruppe erfasst den Stromfluss, der durch den rotierenden Anker des Generators relativ zu seinem Stator erzeugt wird.
Massive Generatoren, wie sie beispielsweise in Wasserkraftwerken zum Einsatz kommen, erzeugen einen erheblichen Widerstand gegen mechanische Rotation, der nur durch große Drehmomentkräfte infolge der rotierenden Turbine überwunden werden kann. Mithilfe eines Getriebesystems wie in einem Auto wird die Rotationsbewegung der Turbine in unterschiedliche Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse umgewandelt.
Der erzeugte Strom wandelt sich schnell in Netzspannungen um, die der örtliche Energieversorger dann über Stromleitungen überträgt. Die Aufwärtstransformatoren in Wasserkraftwerken erzeugen Spannungen im Versorgungsmaßstab aus relativ niedrigeren Generatorausgangsspannungen. Die höheren Spannungen, die ein Wasserkraftwerk ausgibt, sind aufgrund des geringen elektrischen Stroms, der sie effizienter macht, ideal für die Stromübertragung über große Entfernungen.
Fortschritte bei der erneuerbaren Energie aus Wasserkraft
Wasserkraftwerke sind die größte Quelle erneuerbarer Energie weltweit. Mit der Errichtung neuer Staudämme und Gezeitenkraftwerke und der Verbesserung der Systemeffizienz wächst der Einfluss der Wasserkraft. Auch die Modellierung der Strömungsdynamik verbessert sich und die Herstellungstoleranzen werden kleiner, sodass der Turbinenwirkungsgrad näher an 100 % herankommt. Entwicklungen in der Getriebefertigung, in den Schmierstoffwissenschaften und bei Herstellungstoleranzen führen weiterhin zu einer Effizienzsteigerung, ebenso wie stärkere Magnete, effizientere Leiter und bessere Steuerungssysteme. Solange fließendes Wasser und Höhenlage vorhanden sind, wird Wasserkraft eine wertvolle Option für nachhaltige Energie sein.